DE3011220A1

DE3011220A1 - Rotary joint transmitting axial and radial forces - has hard steel detachable bearing portions working against softer ones

Info

Publication number: DE3011220A1
Application number: DE19803011220
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Sagner
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1980-03-22
Filing date: 1980-03-22
Publication date: 1981-10-01

Abstract

The rotary joint comprises inner and outer rings and bearing portions transmitting axial and radial forces between them. Both rings (1,16) have detachable bearing portions secured to them, those on the inner one (1) consisting of steel slide tracks (12-14) whose running surfaces (31-33) have a Rockwell C hardness of at least 40. The mating portions (23-25) on the outer rings are of lower hardness. The bearing portions on the inner ring can be of case-hardened steel, or alternatively hard-chromed, or hard- nickelled. Those on the outer ring can be plastic coated.

Description

DrehverbindungSlewing ring

Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung, bestehend aus einem Innenring, einem Außenring und zur Übertragung axialer und radialer Kraftkomponenten zwischen dem Innenring und dem Außenring geeigneten Lagerelementen.The invention relates to a rotary joint, consisting of an inner ring, an outer ring and for the transmission of axial and radial force components between bearing elements suitable for the inner ring and the outer ring.

Derartige Drehverbindungen werden bei Maschinen und Geräten verwendet, bei denen schwere Konstruktionsteile relativ zueinander um eine Drehachse beliebiger Lage im Raum gedrehet oder geschwenkt werden sollen. Der Schwerpunkt der zu drehenden Konstruktionsteile liegt oft weit außerhalb der Drehachse. Um die dadurch hervorgerufenen Kippmomente gut beherrschen zu können, weisen der Innenring und der Außenring einen relativ großen Durchmesser auf. Der freie Querschnitt der beiden Ringe kann dabei zur Energieübertragung und zum Materialtransport genutzt werden.Such slewing rings are used in machines and devices, in which heavy structural parts are arbitrary relative to one another around an axis of rotation Position in space should be rotated or swiveled. The center of gravity of the rotated Construction parts are often far outside the axis of rotation. To the resulting The inner ring and the outer ring have a good ability to control tilting moments relatively large diameter. The free cross-section of the two rings can can be used for energy transfer and material transport.

Es sind Drehverbindungen bekannt, bei denen sich der Innenring an seinem Rand über mindestens eine Wälzkörperanordnung gegen den Außenring abstützt. Als Wälzkörper werden be den bekannten Drehverbindungen Kugeln oder Rollen verwendet. Die bekannten Drehverbindungen haben im Hinblick auf die bei der Fertigung geforderte hohe Präzision und im Hinblick auf die hohen Anforderungen an die Güte der verwendeten Werkstoffe einen relativ hohen Ans-chaffungspreis. Die bekannten- flrehverbin-dungen erfordern außerd-em eine häufige Schmierung, wobei eine gleichmäßige Fettverteilung bei niedrigen Schwenkgeschwindigkeiten und kleinen Schwenkwinkeln ohnehin fraglich ist, insbesondere wenn die Schmierung von Hand erfolgt. Außerdem sind die bekannten Drehverbindungen sehr schmutzempfindlich, d.h. daß bei starkem Schmutzanfall aufwendige Labyrinthe erforderlich sind, die zusätzlich geschmiert werden müssen. Die mit Rollen ausgerüsteten bekannten Drehverbindungen sind zudem noch äußerst empfindlich gegen Verformungen der zu drehenden Teile, weil dadurch die Gefahr gegeben ist, daß es zu einem Kantenlauf der Rollen und damit zu einer Zerstörung der Laufflächen des Innen- und Außenrings kommt.Rotary connections are known in which the inner ring is attached its edge is supported against the outer ring via at least one rolling element arrangement. The known rotary joints balls or rollers are used as rolling elements. The known slewing rings have with regard to the production required high precision and in view of the high demands on the quality of the used Materials have a relatively high purchase price. The well-known swivel connections also require frequent lubrication, with a even Grease distribution at low swivel speeds and small swivel angles is questionable anyway, especially if the lubrication is done by hand. aside from that the known slewing rings are very sensitive to dirt, i.e. with strong Dirt accumulation complex labyrinths are required, which are additionally lubricated Need to become. The known slewing rings equipped with rollers are also still extremely sensitive to deformation of the parts to be rotated, because this there is a risk that there will be an edge run of the rollers and thus to a Destruction of the running surfaces of the inner and outer ring occurs.

Die gleiche Gefahr besteht im übrigen auch, wenn sich Befestigungsschrauben der Drehverbindung lockern.The same risk also exists if there are fastening screws loosen the slewing ring.

Selbst unter günstigen Bedingungen muß bei den bekannten Drehverbindungen nach Erreichen einer gewissen Gebrauchsdauer das gesamte Lager, also auch der aus hochwertigem Stahl bestehende Innenring und die Außenringanordnung ausgewechselt werden, was insbesondere bei großen Durchmessern einen erheblichen Aufwand bedeutet.Even under favorable conditions, the known slewing rings must after a certain period of use, the entire bearing, including the one off high quality steel existing inner ring and the outer ring arrangement replaced which means a considerable effort, especially with large diameters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehverbindung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der zum Betreiben erforderliche Wartungsaufwand deutlich gesenkt werden kann.The invention is based on the object of a rotary joint of To improve the type mentioned in such a way that the necessary to operate Maintenance effort can be reduced significantly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenring und der Außenring jeweils mit lösbar an ihnnn befestigten Lagei ementen versehen ist, wobei die Lagerelemente an dem einen Ring als aus Stahl bestehende Gleitbahnen, deren Laufflächen eine Rockwell-C-Härte von mindestens 40 aufweisen, und an dem anderen Ring als Gleitelemente aus einem Werkstoff mit - verglichen mit dem der Gleitbahnen - geringer Härte ausgebildet sind.This object is achieved according to the invention in that the inner ring and the outer ring is each provided with detachably attached position elements is, with the bearing elements on one ring as steel slideways, whose Treads have a Rockwell C hardness of at least 40, and on the other Ring as sliding elements made of a material with - compared to that of the slideways - are designed to be of low hardness.

Bei der erfindungsgemäßen Drehverbindung werden der Innen-und Außenring also nicht mehr unmittelbar beansprucht. Sie erleiden deshalb keine punkt- oder linienförmige, rollende Krafteinwirkung und unterliegen so keinem Verschleiß. Dadurch genügt es, sowohl den Innen- wie den Außenring aus gewöhnlichem Baustahl herzustellen. Selbst wenn bei der erfindungsgemäßen Drehverbindung im Laufe der Zeit eine ordnungsgemäße Funktion nicht mehr gewährleistet sein sollte, genügt es, lediglich die Lagerelemente, d.h. die Gleitbahnen und die Gleitelemente, auszuwechseln; der Innen- und Außenring können weiter verwendet werden.In the rotary joint according to the invention, the inner and outer rings are so no longer directly claimed. You will therefore not suffer any point or linear, rolling force and are therefore not subject to wear. Through this it is sufficient to produce both the inner and the outer ring from ordinary structural steel. Even if in the rotary joint according to the invention a proper one in the course of time If the function is no longer guaranteed, it is sufficient to simply remove the bearing elements, i.e. to replace the slideways and the sliding elements; the inner and outer ring can still be used.

In einfachster Weise können die Gleitbahnen aus oberflächengehärtetem Stahl bestehen. Um die Drehverbindung nach der Erfindung gegen Korrosionseinflüsse zu schützen, kann die Lauffläche der Gleitbahnen hartverchromt oder hartvernickelt sein.In the simplest way, the slideways can be made of surface-hardened Made of steel. To the rotary joint according to the invention against the effects of corrosion To protect, the running surface of the slideways can be hard chrome-plated or hard nickel-plated be.

Zweckmäßigerweise werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Gleitelemente zumindest an ihrer zur Berührung mit der Gleitbahn bestimmten Berührungsfläche mit einer Schicht aus Kunststoff versehen, wobei die Gleiteigenschaft noch weiter verbessert werden kann, wenn ein Kunststoff mit einem eingelagerten Gleitmittel verwendet wird.Expediently, in a further embodiment of the invention the sliding elements at least at their intended for contact with the slideway Contact surface provided with a layer of plastic, the sliding property Can be improved even further if a plastic is embedded with a Lubricant is used.

Um auch bei stärkerem Schmutzanfall zuverlässige Gleiteigenschaften der Drehverbindung zu erreichen, ist vorgesehen, die Gleitelemente aus einer Kupfer-Zinn-Zink-Legierung mit eingelagertem Trockenschmierstoff herzustellen.In order to have reliable sliding properties even with heavy dirt accumulation To achieve the slewing ring, the sliding elements are made of a copper-tin-zinc alloy with embedded dry lubricant.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung - in der die umlaufenden Kanten der Übersichtlichkeit teilweise weggelassen sind - dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing - in the surrounding edges are partially omitted for clarity - shown and is described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Drehverbindung in einem auszugsweisen Querschnitt Fig. 2 den Außen- und den Innenring der Drehverbindung nach Fig. 1 ohne Gleitelemente und ohne Gleitbahnen vor dem Zusamnenbau Fig. 3 der mit Gleitelementen bestückte Außenring und der mit Gleitbahnen bestückte Innenring der Drehverbindung nach Fig. 1 vor dem endgültigen Zusammenbau Fig. 4 die Befestigung der Gleitelemente auf dem Außenring.1 shows the rotary joint according to the invention in extracts Cross section FIG. 2 shows the outer and inner rings of the rotary joint according to FIG. 1 without Sliding elements and without slideways before assembling Fig. 3 with the sliding elements equipped outer ring and the inner ring of the slewing ring equipped with slideways According to FIG. 1, before final assembly, FIG. 4 shows the fastening of the sliding elements on the outer ring.

Die Drehverbindung weist einen Innenring 1 und einen zweiteiligen Außenring 2 auf. Der Innenring 1 ist z.B.The rotary joint has an inner ring 1 and a two-part one Outer ring 2 on. The inner ring 1 is e.g.

durch Schrauben 3 an einer tragenden Konstruktion 4 befestigt. Der Außenring 2 dient zrAufnahme der zu drehenden Konstruktion 5.attached to a supporting structure 4 by screws 3. Of the Outer ring 2 is used to hold the structure 5 to be rotated.

Der Innenring 1 weist eine obere und untem Stirnfläche 6 bzw. 7 und eine äußere zylindrische Umfangsfläche 8 auf. Alle drei Flächen 6, 7, 8 weisen eine nutförmige Vertiefung 9 bzw. 10, 11 auf. In die drei nutförmigen Vertiefungen 9, 10, 11 ist jeweils eine Gleitbahn 12 bzw. 13, 14 eingelegt und mittels (nicht dargestellter) versenkter Schrauben lösbar an den Innenring 1 befestigt. weiter Die Gleitbahnen bestehen aus einzelnen (nicht/darcestellten) Segmenten, die im wesentlichen lückenlos aneinanderstoßen.The inner ring 1 has an upper and lower end face 6 and 7 and respectively an outer cylindrical circumferential surface 8. All three surfaces 6, 7, 8 have one groove-shaped recess 9 or 10, 11. In the three groove-shaped recesses 9, 10, 11 each has a slide 12 or 13, 14 inserted and by means of (not shown) countersunk screws releasably attached to the inner ring 1. next The slideways consist of individual (not / shown) segments that are essentially seamless butt against each other.

Der Außenring 2 besteht aus einem zylindrischen Mantelring 15 und einem Flanschring 16. Der zylindrische Mantelring 15 weist eine innere Endfläche 17 und eine hohlzylindrische Fläche 18 auf. Der Flanschring 16 weist eine innere Endfläche 19 auf. Beide Endflächen 17, 19 und die hohlzylindrische Fläche 18 besitzen jeweils eine nutförmige Vertiefung 20, 21, 22. In jede dieser Vertiefungen sind Gleitelemente 23, 24, 25 lösbar eingefügt. Die Gleitelemente 23 bis 25 weisen an ihren Enden einen Absatz 26 auf. Die Gleitelemente 23 bis 25 werden durch im Querschnitt T-förmige Klemmstücke 27, die jeweils einen Absatz 26 zweier Gleitelemente erfassen, auf dem zylindrischen Mantelring 15 bzw. dem Flanschring 16 gehalten (vgl. Fig. 4). Bei einer rotationssymmetrischen Ausbildung des Klemmstücks 27 kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß die Berührungsfläche 28, 29, 30 der Gleitelemente 23, 24, 25 nicht auf der ganzen Breite unterbrochen werden muß.The outer ring 2 consists of a cylindrical casing ring 15 and a flange ring 16. The cylindrical jacket ring 15 has an inner end surface 17 and a hollow cylindrical surface 18. The flange ring 16 has an inner End face 19 on. Both end surfaces 17, 19 and the hollow cylindrical surface 18 have each have a groove-shaped recess 20, 21, 22. In each of these recesses Sliding elements 23, 24, 25 are detachably inserted. The sliding elements 23 to 25 instruct a paragraph 26 at their ends. The sliding elements 23 to 25 are through in cross section T-shaped clamping pieces 27, which each grasp a shoulder 26 of two sliding elements, held on the cylindrical casing ring 15 or the flange ring 16 (see. Fig. 4). In the case of a rotationally symmetrical design of the clamping piece 27, it is more advantageous Way can be achieved that the contact surface 28, 29, 30 of the sliding elements 23, 24, 25 does not have to be interrupted over the entire width.

Im zusammengebauten Zustand liegen die Berührungsflächen 28 bis 30 der Gleitelemente 23 bis 25 auf den entsprechenden Laufflächen 31 32, 33 der Gleitbahnen 12 bis- 14- (in Fig. 3 sind die entsprechenden gemeinsamen Berührungsebenen durch strichpunktierte Linien angedeutet).The contact surfaces 28 to 30 are in the assembled state the sliding elements 23 to 25 on the corresponding running surfaces 31, 32, 33 of the slideways 12 to 14- (in Fig. 3 are the corresponding common planes of contact indicated by dash-dotted lines).

Nach unten gerichtete axiale Kräfte und aus Kippmomenten herrührende nach unten gerichtete Kraftkomponenten werden über die in der inneren Endfläche 17 des zylindrischen Mantelrings 15 angeordneten Gleitelemente 23 auf die in der oberen Stirnfläche 6 des Innenrings 1 angeordneten Gleitbahn 12 übertragen. Radiale Kräfte werden über die in der hohlzylindrischen Fläche 18 des zylindrischen Mantelrings 15 angeordneten Gleitelemente 24 auf die in der Umfangsfläche 8 des Innenrings 1 angeordnete Gleitbahn 14 übertragen. Nach oben gerichtete axiale Kräfte und aus Kippmomenten herrührende nach oben gerichtete Kraftkomponenten werden über die in der inneren Endfläche 19 des Flanschringes 16 angeordneten Gleitelemente 25 auf die in der unteren Stirnfläche 7 des Innenrings 1 angeordnete Gleitbahn 13 übertragen.Downward axial forces and overturning moments downward force components are over those in the inner end face 17 of the cylindrical casing ring 15 arranged sliding elements 23 on the in the Upper end face 6 of the inner ring 1 arranged slideway 12 transferred. Radial Forces are in the hollow cylindrical surface 18 of the cylindrical shell ring 15 arranged sliding elements 24 on the in the circumferential surface 8 of the inner ring 1 arranged slideway 14 transferred. Upward axial forces and out Upward force components resulting from tilting moments are transmitted via the in the inner end surface 19 of the flange ring 16 arranged sliding elements 25 the slideway 13 arranged in the lower end face 7 of the inner ring 1.

Zum Schutz gegen Schmutzanfall sind im Innenring 1 und im zylindrischen Mantelring 15 jeweils gegen den anderen Ring gerichtete Dichtringe 34, 35 vorgesehen.To protect against dirt accumulation there are 1 in the inner ring and in the cylindrical Sheath ring 15 each directed against the other ring sealing rings 34, 35 are provided.

Für die Beschaffenheit der Gleitbahnen 12 bis 14 und der Gleitelemente 23 bis 25 sind drei Werkstoffkombinationen besonders geeignet, wobei die Gleitbahnen 12 bis 14 an ihren Laufflächen 31 bis 33 in jedem Fall eine Rockwell-C-Härte von mindestens 40 aufweisen.For the condition of the slideways 12 to 14 and the sliding elements 23 to 25, three material combinations are particularly suitable, with the slideways 12 to 14 on their running surfaces 31 to 33 always have a Rockwell C hardness of have at least 40.

Bei der ersten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23 bis 25 aus einem aus g-Caprolactam gegossenen, mit einem Gleitmittel angereicherten hochmolekularen Polyamid (PA 6 G). As Gleitmittel kann im vorliegenden Fall ein Hochdrucköl verwendet werden. Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte von vorzugsweise HRC > 56. In Abwandlung der beschriebenen Werkstoffkombination ist es auch möglich, die Gleitbahnen 12 bis 14 mit hartverchromten oder hartvernickelten Lauf flächen 31 bis 33 al versehen. Diese Oberflächengestaltung ist nicht nur für Einsatzfälle mit Korrosionsgefahr besonders geeignet, sie erlaubt auch einen preiswerteren Stahl als Trägerwerkstoff für die Gleitbahnen zu verwenden.In the first combination of materials, there are sliding elements 23 to 25 from a cast from g-caprolactam, enriched with a lubricant high molecular weight polyamide (PA 6 G). As a lubricant can in the present case a High pressure oil can be used. The slideways 12 to 14 are made of surface-hardened Steel with a hardness of preferably HRC> 56. In a modification of the one described Combination of materials, it is also possible, the slideways 12 to 14 with hard chrome-plated or hard nickel-plated running surfaces 31 to 33 al. This surface design is not only particularly suitable for applications with a risk of corrosion, it is allowed also to use a cheaper steel as a carrier material for the slideways.

Zur Verbesserung der Einlaufverhältnisse ist vorgesehen, der Drehverbindung vor der Inbetriebnahme einmalig ein Schmiermittel zuzugeben. Im Falle, daß das Polyamid mit Hochdrucköl angereichert ist, eignet sich als Schmiermittel insbesondere Siliconfett.To improve the inlet conditions, the rotary joint is provided Add a lubricant once before commissioning. In the case that the polyamide is enriched with high pressure oil, silicone grease is particularly suitable as a lubricant.

Bei der zweiten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23 bis 25 aus der Xupfer-Zinn-Zink-Legierung G- oder GC-CuSn7ZnPb (Werkstoff-Nr. nach DIN 1705: 2.1090.01 bzw. .04) mit eingelagertem Trockenschmierstoff, wie z. B. Graphit. Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte von HRC > 40.In the second combination of materials, there are sliding elements 23 up to 25 made of the Xupfer-tin-zinc alloy G- or GC-CuSn7ZnPb (material no. according to DIN 1705: 2.1090.01 or .04) with embedded dry lubricant such as B. graphite. The slideways 12 to 14 are made of surface-hardened steel with a hardness from HRC> 40.

Vorzugsweise können die Laufflächen 31 bzw. 32, 33 hartvernickelt sein. Es ist vorteilhaft, der Drehverbindung handelsübliches Fett ohne Festschmierstoffe zuzugeben.The running surfaces 31 or 32, 33 can preferably be hard nickel-plated be. It is advantageous to use commercially available grease without solid lubricants for the slewing ring admit.

Bei der dritten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23, 24, 25 aus gewöhnlichem Baustahl.In the third material combination, there are sliding elements 23, 24, 25 made of ordinary structural steel.

An ihren Berührungsflächen 28, 29, 30 weisen die Gleitelemente eine Polytetrafluoräthylen-Schicht (PFTE) auf. Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte von HRC > 50. Es ist vorgesehen, der Drehverbindung handelsübliches Fett ohne Festschmierstoffe zuzugeben. Die Laufflächen 31 bis 33 der Gleitbahnen 12 bis 14 können auch hier wieder hartverchromt oder hartvernickelt sein.At their contact surfaces 28, 29, 30, the sliding elements have a Polytetrafluoroethylene (PFTE) layer. The slideways 12 to 14 consist of surface-hardened steel with a hardness of HRC> 50. It is intended add commercially available grease without solid lubricants to the slewing ring. The treads 31 to 33 of the slideways 12 to 14 can also be hard chrome-plated or hard nickel-plated here be.

Die Drehverbindung ist in der Zeichnung in waagerechter Lage dargestellt. Die Bezeichnngen "oben" und unten beziehen sich auf die dargestellte Lage. Bei anderen Einbaulagen der Drehverbindung gelten entsprechend andere Bezeichnungen.The rotary joint is shown in the drawing in a horizontal position. The terms "above" and below refer to the position shown. With others Different designations apply accordingly.

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Claims

Claims: 2 rotary joint, consisting of an inner ring, an outer ring and for the transmission of axial and radial force components between bearing elements suitable for the inner ring and the outer ring, characterized in that that the inner ring (1) and the outer ring (2) each detachably attached to them Bearing elements is provided, the bearing elements on the one ring (1) as from Steel slideways (12 to 14) whose running surfaces (31 to 33) have a Rockwell C hardness of at least 40, and on the other ring (2) as sliding elements (23 to 25) made of a material with - compared to that of the slideways - low hardness are trained.

2. Rotary joint according to claim 1, characterized in that the Slideways (12 to 14) consist of surface-hardened steel.

3. Rotary joint according to claim 1, characterized in that the Running surfaces (31 to 33) of the slideways (12 to 14) are hard chrome-plated.

4. Rotary connection according to claim 1, characterized in that the treads (31 to 33) of the slideways (12 to 14) are hard nickel-plated.

5. slewing ring according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the sliding elements (23 to 25) at least on their for contact with the corresponding Slideway (12 to 14) specific contact surface (28 to 30) a layer of plastic exhibit.

6. rotary joint according to claim 5, characterized in that the Sliding elements (23 to 25) made of a high molecular weight enriched with a lubricant Cast polyamide exist.

7. Rotary connection according to claim 5, characterized in that the Sliding elements (23 to 25) on their contact surface (28 to 30) a film made of polytetrafluoroethylene exhibit.

8. slewing ring according to one of the 'claims 1 to 4, characterized in that that the sliding elements (23 to 25) made of a copper-tin-zinc alloy with embedded Consist of dry lubricant.

9. Rotary connection according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the slideways {12 to 14) and the sliding elements (23 to 25) in groove-shaped Wells (9 to 11; 20 to 22) are embedded.